Ein kostengünstiges Funksystem könnte helfen, die Ausbreitung von Krankheiten zu verfolgen

Um die Ausbreitung von Krankheiten einzudämmen und gleichzeitig die Privatsphäre zu wahren, hat ein interdisziplinäres Forschungsteam am National Institute of Standards and Technology (NIST) kostengünstige Geräte und Methoden entwickelt und getestet, die erkennen können, wenn Menschen oder Tiere in engen Kontakt kommen andere.

Die tragbaren Geräte kombinieren kommerzielle Bluetooth-Funkhardware mit kryptografischen NIST-Funktionen. Das NIST-System ist zwar nicht immer zuverlässig bei der Schätzung des Abstands zwischen Trägern, kann aber nützlich sein, um zu erforschen, wie sich Menschen und Tiere durch Räume bewegen und interagieren. Das System kann Vorteile gegenüber der Kontaktverfolgung mit Smartphones bieten, die in bestimmten Situationen nicht konsequent verwendet werden und möglicherweise weniger privat sind.

An der NIST-Studie zur Systemleistung bei normalen Aktivitäten nahmen 17 Freiwillige in 10 Haushalten teil. Die Geräte wurden entweder getragen oder im Haus platziert, um mindestens eine Stunde am Tag Daten zu sammeln. Die Forscher maßen die Stärke der von den Geräten empfangenen Funksignale, um die Entfernung zwischen den Freiwilligen abzuschätzen. Sie definierten eine „Begegnung“ als „Begegnung“, wenn Geräteträger sich mindestens 15 Minuten lang innerhalb von zwei Metern näherten, basierend auf der Definition des Centers for Disease Control and Prevention für engen Kontakt. Die Teilnehmer wurden auch gebeten, manuell zu protokollieren, wann und wie lange sie dachten, dass sie eine Begegnung hatten.

Die Ergebnisse zeigten eine gewisse Korrelation zwischen der Stärke des empfangenen Funksignals und dem Abstand zwischen den Trägern, aber die Schätzungen waren aufgrund der Auswirkungen von Variablen wie der Blickrichtung des Benutzers unzuverlässig. Es bestand auch Unsicherheit darüber, wie Kompromisse verarbeitet werden sollten, z. B. wie viel Abstandsfehler akzeptabel war oder ob enge Begegnungen im Hinblick auf ihre möglichen Auswirkungen auf die Krankheitsübertragung richtig definiert wurden.

„Ich glaube nicht, dass irgendjemand diesen Kompromiss versteht – niemand weiß, wie man Optimierungen durchführt, um die Ausbreitung von Krankheiten zu stoppen“, sagte NIST Fellow Sae Woo Nam. „Mit diesem System können wir jedoch beginnen, Daten darüber zu sammeln, wie Menschen einander begegnen, was uns helfen kann, Interventionen zu entwickeln, um die Ausbreitung von Krankheiten zu stoppen.“

Die Geräteleistung kann durch die Verwendung von mehr Funkkanälen, besseren Antennen oder das Hinzufügen weiterer Erfassungsmethoden wie Ultraschall-Entfernungsmessung verbessert werden. Aber selbst so wie es ist, kann die NIST-Methode helfen, Kontakte mit einem gewissen Potenzial für die Übertragung eines luftübertragenen Virus zu identifizieren, wie z. B. desjenigen, der COVID-19 verursacht.

Das System könnte bei der Gestaltung von Gebäuden für die Widerstandsfähigkeit gegen Pandemien helfen, indem Geräte an festen Punkten in Bereichen mit schlechter Belüftung wie Aufzügen montiert werden, sagte Nam. Das System könnte in Umgebungen wie Pflegeheimen nützlich sein, in denen Smartphones nicht kontinuierlich überwacht werden, sowie bei der Verfolgung von Tieren, um ihre Interaktionen zu verstehen, um die Ausbreitung von Krankheiten zu begrenzen.

„Krankheiten vernichten ganze Herden von Tieren und gefährden unsere Nahrungsversorgung“, sagte Nam. „Das ist etwas, worüber wir für die Ernährungssicherheit nachdenken sollten. Wir möchten Tiere auch human behandeln, und dies ist ein Instrument, um zu verhindern, dass Tiere krank werden, und um zu verstehen, wie sie krank werden.“

Das NIST-System verwendet ein kryptografisches Verfahren, ähnlich dem, das bei sicheren Web-Transaktionen verwendet wird. Es kombiniert öffentliche Verschlüsselungsschlüssel, die über Funk übertragen werden, um einen gemeinsamen, geheimen Schlüssel zu erstellen, der für jede Begegnung einzigartig ist. Wenn zwei Geräte erkennen, dass sie sich nahe sind, generieren sie basierend auf einer Zufallszahl eine eindeutige, verschlüsselte Begegnungs-ID. Dies verhindert Cyberangriffe, die durch das Senden von Geräte-IDs entstehen könnten. Die Begegnungs-ID ist nicht mit den Geräten oder den Personen verknüpft, die sie tragen, wodurch die Privatsphäre gewahrt bleibt. Die anonymisierten Daten zu Begegnungen liefern Informationen über die Nutzung von Gebäuden (oder anderen Räumen), die Entscheidungen über sichere Personenzahlen und Umweltkontrollen treffen können.